【正文】 DP ei etw ][2][ ?? ?????? ???? 故強(qiáng)度足夠。 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 22 拉桿 立桿的直徑與數(shù)量，查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 710 ，根據(jù)殼體的直徑得出。 殼體直徑 /mm 拉桿直徑 /mm 拉桿數(shù)量 /mm 600 10 6 安排拉桿需減少 6 根，故實(shí)際管數(shù) n=4376=431 根，材料 Q235AF 鋼 拉桿螺母為 AM10 8 級(jí) 外徑為 厚度為 4 墊圈為 A10100HV 外徑為 20 厚度為 2 3 換熱器封頭的選擇及校核 上下封頭均選用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭，根據(jù) GBT 251982021 《壓力容器封頭》標(biāo)準(zhǔn)，封頭為 DN600 6，查曲面高度 1501?h mm，直邊高度 mmh 252 ? ，材料選用 Q245R 鋼。所以，封頭的尺寸如下圖： 4 容器法蘭的選擇 材料選用 12Cr2Mo1 根據(jù) NBT 470232021 長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭 選用 DN600， 的榫槽密封面長(zhǎng)頸對(duì)焊法蘭。 查法蘭尺寸如下表： 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 23 表 41 法蘭尺寸 所以，選用的法蘭尺寸如下圖： 圖 41 容 器法蘭 5 管板 管板除了與管子和殼體等連接外，還是換熱器中的一個(gè)重要的受壓器件。 管板結(jié)構(gòu)尺寸 查《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》得固定管板式換熱器的管板的主要尺寸： 表 51 固定管板式換熱器的管板的主要尺寸 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 24 公稱直徑 D 1D 4D D5 D3 b bf c d 螺栓孔數(shù) 600 740 700 652 624 594 42 32 9 23 28 管板與殼體的連接 在固定管板式換熱器中，管板與殼體的連接均采用焊接的方法。由于管板兼作法蘭與不兼作法蘭的區(qū)別因而結(jié)構(gòu)各異，有在管板上開槽，殼體嵌入后進(jìn)行焊接，殼體對(duì)中容易，施焊方便，適合于壓力不高、物料危害性不高的場(chǎng)合；如果壓力較高，設(shè)備直徑較大，管板較厚時(shí)，其焊接時(shí)較難調(diào)整。 管板與管子的連接 管板與管子的連接方式為脹接，通過(guò)查詢《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到脹接結(jié)構(gòu)尺寸 換熱管外徑 d 伸出長(zhǎng)度 l 槽深 K 1625 3 管板厚度 管板在換熱器的制造成本中占有相當(dāng)大的比重 ，管板設(shè)計(jì)與管板上的孔數(shù)、孔徑、孔間距、開孔方式以及管子的連接方式有關(guān)，其計(jì)算過(guò)程較為復(fù)雜，而且從不同角度出發(fā)計(jì)算出的管板厚度往往相差很大。綜上，管板的尺寸如下圖 ： 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 25 6 管子拉脫力的計(jì)算 計(jì)算數(shù)據(jù)按表 61 選取 表 61 項(xiàng)目 管子 殼體 操作壓力 /Mpa 材質(zhì) 20鋼 Q245R 線膨脹系數(shù) ?? ?? 彈性模量 310170? 310170? 許用應(yīng)力 /Mpa 88 91 尺寸 ??? 6600?? 管子根數(shù) 431 管間距 /mm 25 管殼壁溫差/℃ 50??t 管子與管板連接方式 開槽脹接 脹接長(zhǎng)度 /mm ?l 50 許用拉脫力/Mpa 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 26 在操作壓力下，每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的力 pq ldpfqp 0?? 其中 )( 222202 mmdaf ??????? ?? Mpap ? , 50?l mm )( M paq p ????? 溫差應(yīng)力引起的每平方米脹接周邊所產(chǎn)生的拉脫力 tq ldddqoitt 4 )( 220 ??? 其中ststtAA ttE ? ?? 1 )(?? )(1 1 4 1 2n mmDA s ????? ?? 中 )(m m46014431)1519()(4 222220 ??????? nddA it ? Mp at 11417460141 66 ??????? ?? )( )1519( 22 M P aq t ??? ??? 由此可知 pq ， tq 作用方向相同，都使管子受壓，則管子的拉脫力： q= pq + tq =+= ﹤ 因此拉脫力在許用范圍內(nèi)。 7 計(jì)算是否安裝膨脹節(jié) 管殼壁溫差所產(chǎn)生的軸向力為： 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 27 )( 6 0 1 41 1 4 1 74 6 0 1 41 1 4 1 7)(6661NAAAA ttEF tstsst????? ?????????? 壓力作用于殼體上的軸向力： tS sAAQAF ??2 其中 ])2()[(4 20202 ttsi pdnpndDQ ?? ???? = ])()19431600[(4 222 ????????? )( 6 N?? NF 662 ??? ??? 壓力作用于管子上的軸向力為： NAAQAFtSt 663 ??? ????? M paAFFss 417 6621 ???????? )( 6631 M paA FFtt ??????????? 根據(jù) GB１５１ —— １ ９９９《管殼式換熱器》 M p aM p a tts ][ ?????? ???M p aM p a tst ][ ??????? ??? q﹤ ［ｑ］＝ ，條件成立，故本換熱器不必要設(shè)置膨脹節(jié)。 8 防沖板 根據(jù)《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》選用圓形擋板 擋板擋板長(zhǎng)度為 l=di+100=147+50=197mm 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 28 擋板距離接管為 mmdhH i ????? 擋板厚度為 6mm 9 折流板設(shè)計(jì) 折流板 的選擇 設(shè)置折流板的目的是為了提高流速，增加湍動(dòng)，改善傳熱，在臥式換熱器中還起支撐管束的作用。常用的有弓形折流板和圓盤 圓環(huán)形折流板，弓形折流板又分為單弓形 [圖 81（ a ） ] 、雙弓形 [ 圖 81 （ b ） ] 、 三 重 弓 形 [ 圖 81 （ c ） ] 等 幾 種 形 式 。 圖 81 弓形折流板和圓盤 圓環(huán)形折流板 單弓形折流板用得最多，弓形缺口的高度 h 為殼體公稱直徑 DN 的 15%～ 45%，最好是 20%，見圖 82（ a）；在臥式冷凝器中，折流板底部開一 90176。的缺口，見圖 82（ b）。高度為 15～ 20mm，供停工排除殘液用；在某些冷凝器中需要保留一部分過(guò)冷凝液使凝液泵具有正的吸入壓頭，這時(shí)可采用帶堰的折流板，見圖 82（ c）。 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 29 圖 82 單弓形折流板 在大直徑的換熱器中，如折流板的間距較大，流體繞到折流板背后接近殼體處，會(huì)有一部分液體停滯起來(lái)，形成對(duì)傳熱不利的“死區(qū)”。為了消除這種弊病，宜采用雙弓形折流板或三弓形折流板。 從傳熱的觀點(diǎn)考慮，有些換熱器（如冷凝器）不需要設(shè)置折流板。但為了增 加換熱器的剛度，防止管子振動(dòng)，實(shí)際仍然需要設(shè)置一定數(shù)量的支承板，其形狀與尺寸均按折流板一樣來(lái)處理。折流板與支承板一般均借助于長(zhǎng)拉桿通過(guò)焊接或定距管來(lái)保持板間的距離，其結(jié)構(gòu)形式可參見圖 83。 圖 83 折流板安裝圖 由于換熱器是功用不同，以及殼程介質(zhì)的流量、粘度等不同，折流板間距也不同，其系列為： 100mm， 150mm， 200mm， 300mm， 450mm， 600mm， 800mm， 1000mm。 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 30 允許的最小折流板間距為殼體內(nèi)徑的 20%或 50mm，取其中 較大值。允許的最大折流板間距與管徑和殼體直徑有關(guān)，當(dāng)換熱器內(nèi)流體無(wú)相變時(shí)，其最大折流板間距不得大于殼體內(nèi)徑，否則流體流向就會(huì)與管子平行而不是垂直于管子，從而使傳熱膜系數(shù)降低。 折流板外徑與殼體之間的間隙越小， 殼程流體介質(zhì)由此泄漏的量越少，即減少了流體的短路，使傳熱系數(shù)提高，但間隙過(guò)小，給制造安裝帶來(lái)困難，增加設(shè)備成本，故此間隙要求適宜。 經(jīng)選擇，我們采用弓形折流板 ， h= m m )(4506004343 ???iD, 折流板間距取 450mm, 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 77 得 折流板最小厚度為 4 mm,查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 79折流板外徑負(fù)偏差 查《化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)》表 79 折流板外徑為 mm,材料 Q235A鋼 折流板開孔直徑 ?? 所以，折流板尺寸如下圖： 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 31 折流板的布置 折流板的布置，一般應(yīng)使管束兩端的折流板盡可能靠近殼程進(jìn)出口，其余折流板按等距離布置。 通過(guò)查詢《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》可知靠近管板的折流板與管板間的距離。 mmbBLl 212)442()2 ()4()2( 21 ?????????? 10 開孔補(bǔ)強(qiáng) 1 殼體接管開孔補(bǔ)強(qiáng) 確定殼體和接管的計(jì)算厚度及開孔直徑 由已知條件得殼體計(jì)算厚度 ?? 接管計(jì)算厚度為ctct pDp ?? ??? ][2 0 殼體進(jìn)出口選擇φ 159mm X 6mm 的無(wú)縫鋼管，其中 mm1590 ?D 選用 20 鋼 查附表 9 得 Mpat 88][ ?? 計(jì)算厚度： ???? ??t? 水壓試驗(yàn)校核： M P aDp e eTT )( )( 0 ?? ?????? ? ?? ????eLR? 所以水壓強(qiáng)度足夠可見 , eLT R?? ? 開孔直徑為： 精細(xì)化工 2021化工設(shè)備機(jī)械基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì) 32 )62159(2 ???????? Cdd iop 確定殼體和接管實(shí)際厚度，開孔有效補(bǔ)強(qiáng)面積及外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 h 已知?dú)んw名義厚度 mm6?n? ，補(bǔ)強(qiáng)部分厚度為 mm10?nt? 接管有效補(bǔ)強(qiáng)寬度為 mm3 0 01 5 022 ???? opdB 接管實(shí)際外伸高度根據(jù)《換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)》得到為 200mm 接管外側(cè)有效補(bǔ)強(qiáng)高度 ???? ntopdh ?